Anemometer [1]

Anemometer (Windmesser), Instrumente zur Bestimmung der Geschwindigkeit bewegter Luft, finden sowohl auf meteorologischen Stationen zur Ermittlung der Windgeschwindigkeit, des Winddrucks und häufig auch der Windrichtung, als auch im Bergbau zur Messung der Wettergeschwindigkeiten[190] und Berechnung der Wettermengen, ferner bei Lüftungs- und Luftheizungsanlagen zur Messung der Luftmengen, und endlich bei Feuerungsanlagen zur Beurteilung des Schornsteinzugs Anwendung.

Bei der einen Klasse dieser Instrumente verursacht der Druck des bewegten Windes auf eine oder mehrere am Instrument befindliche bewegliche Flächen eine geradlinig fortschreitende, schwingende oder fortlaufend drehende Bewegung; die andre dagegen beruht auf der saugenden oder drückenden Einwirkung des bewegten Luftstrahles auf tropfbare Flüssigkeiten. Ein Anemometer der ersten Klasse ist das Anemometer des Amerikaners Eaton A. Edwards (Fig. 1) [1]. Durch den Luftdruck wird die am vorderen Ende des Instrumentes befindliche Platte A verschoben, hierbei die zwischen den Platten B und C gelagerte Feder D zusammengedrückt und durch die Stange E und den Hebel F der Zeiger G gehoben, wobei die Spitze desselben an einem auf dem Wege des Versuchs eingeteilten Kreisbogen F direkt die Geschwindigkeit des untersuchten Luftstroms angibt. Dieses Anemometer ist sehr einfach, billig herzustellen und für rohe Ueberschlagsberechnungen wohl brauchbar, hat jedoch wie alle ähnlichen, die Spannung einer Feder bewirkenden Instrumente den Nachteil abnehmender Empfindlichkeit mit zunehmender Luftgeschwindigkeit bezw. stärkerer Zusammenpressung der Feder sowie fehlerhafter Angaben infolge der Längenänderung der Feder D und Stange E bei wechselnder Temperatur – Von den Pendelanemometern sind die bekanntesten das Anemometer von de Henault und dasjenige von Dickinson. Das erstere (Fig. 2 und 3) besteht [2] aus einer Hohlkugel A, die am unteren Ende der bei B drehbaren Stange C befestigt ist, deren oberes Ende ein verstellbares Gegengewicht D trägt. Durch den bewegten Luftstrom wird das Kugelpendel AB mehr oder weniger aus seiner lotrechten in eine geneigte Lage gebracht. An dem mit dem Gestell verbundenen, versuchsweise eingeteilten Quadranten E kann direkt die jedem Ausschlag des Pendels entsprechende Luftgeschwindigkeit abgelesen werden.

Das Anemometer von Dickinson [3], das namentlich in englischen Gruben zur Berechnung der Wettermengen gebräuchlich ist (Fig. 4 und 5), hat eine ähnliche Konstruktion, nur ist an Stelle der Kugel eine schwingende Platte a angewandt, die sich um zwei in dem Rahmen b beteiligte Spitzen c dreht. Die dem Ausschlag entsprechende Luftgeschwindigkeit wird hier wie dort an einem graduierten Quadranten K abgelesen. Eine am Rahmen b beteiligte Libelle h dient zur genau lotrechten Aufstellung des Instruments, das an der Handhabe f festgehalten oder durch eine Schraube an einer Stange befestigt werden kann. Der Hauptnachteil aller Pendelanemometer liegt in der Schwierigkeit genauer Ablesung infolge des Schwingens des bewegten Pendels um die einer bestimmten Luftgeschwindigkeit entsprechende geneigte Lage, wogegen denselben der Vorzug leichter Handlichkeit, billigen Preises und kaum erforderlicher Reparaturen zuerkannt werden muß.

Ein dem Dickinsonschen sehr ähnliches Anemometer ist das Pendelanemometer von R. Fueß in Berlin (Fig. 6), bei dem der Quadrant am oberen Ende des Gestelles befestigt und an Stelle der Libelle ein Lot angewandt ist. Die pendelnde Scheibe von 10 cm Quadratseite ist aus Aluminium hergestellt, der Zeiger dient zugleich zum Tragen eines kleinen Gegengewichts, durch dessen[191] Verstellung die Empfindlichkeit des Anemometers verändert werden kann. Entsprechend den verschiedenen Stellungen des Gegengewichts in natürlich auch der Ausschlag verschieden. Eine dem Instrument beigefügte Tabelle ermöglicht das sofortige Ablesen der den verschiedenen Höhenlagen des Gegengewichtes und Zeigerstellungen entsprechenden Luftgeschwindigkeiten. Das Instrument läßt sich durch Umklappen des Gradbogens in die Ebene des Rahmens flach zusammenlegen, so daß es in einem Etui bequem in der Tasche getragen werden kann. Preis samt Etui und anschraubbarem Handgriff 36 ℳ.

Bei den Anemometern mit drehender Bewegung sind solche mit zur Windrichtung senkrechter und solche mit parallel zur Windrichtung liegender Drehachse zu unterscheiden. Der Hauptrepräsentant der ersten Gruppe ist das Robinsonsche Schalenkreuz- oder Kugelanemometer (Fig. 7 und 8), das vorwiegend für meteorologische Beobachtungen, seltener für technische Untersuchungen Anwendung findet. Vier an einem rechtwinkligen Armkreuz b befestigte halbe Hohlkugeln a (Fig. 7) werden durch den bewegten Luftstrom in der Pfeilrichtung bewegt, da der Druck auf die hohle Fläche größer ist als derjenige auf die gewölbte Fläche. Auf der das Armkreuz tragenden stehenden Welle c (Fig. 8) sitzt eine Schraube ohne Ende d, die das Zählwerk bewegt, durch das die Anzahl der Umdrehungen in der Zeiteinheit bezw. die Luftgeschwindigkeit angegeben wird. Durch die Halbkugeln wird eine gewisse Luftmenge, der sogenannte Mitwind, im Kreise mit herumgeführt, deren Geschwindigkeit bei der Berechnung der Windgeschwindigkeit mit in Rechnung zu ziehen ist. Nach Grashof [4] berechnet sich die Windgeschwindigkeit w nach der Gleichung

worin a, a₀, a₁ und a₂ Konstanten und ν die Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit v₀ des Kugelmittelpunktes und der Geschwindigkeit v₁ des Mitwindes bezeichnet. Nach Robinson ist a = 2a₂, a₁ = 4a₂ und w = 3 · v₀ oder v₀ = w/3 zu setzen, woraus folgt w = 3,₂₃ · ν und v₁ = 0,02377 w.

Ein Kugelanemometer mit elektrischem Zählwerk, das namentlich in Bergwerken Anwendung findet, zeigt Fig. 8. Dasselbe dient zur fortgesetzten Beobachtung bezw. graphischen Darstellung der Metergeschwindigkeit in den Hauptwetterstrecken von Gruben und ist an irgend einer Stelle der betreffenden Strecke aufgestellt. Durch zwei mittels der Kontaktschrauben h mit dem Apparat verbundenene Drähte steht dasselbe mit einem elektrischen Zählwerk bezw. Registrierapparat in Verbindung. Durch die auf der Welle c sitzende Schnecke d wird das Schraubenrädchen e gedreht, das einen seitlich vorspringenden Stift f trägt. Bei jeder Umdrehung des Schraubenrädchens stößt der Stift in einer gewissen Lage gegen die innere der beiden Federn g, bringt dieselbe dadurch zum Kontakt mit der äußeren Feder g, wodurch ein Strom geschlossen wird, der in dem an einem beliebigen Ort außerhalb der Grube aufgestellten elektrischen Zählwerk einen Anker auslöst und dadurch das Zählwerk um einen Zahn verschiebt. An einer Zeigerscheibe, die mit dem Zählwerk verbunden ist, kann dann direkt oder mit Hilfe besonderer, dem Zählwerk beigegebener, versuchsweise aufgestellter Tabellen die jedesmalige Wettergeschwindigkeit abgelesen oder durch einen Registrierapparat graphisch dargestellt werden. Zum Schutz des ganzen Apparats dient ein mit dem Anemometer umlaufender Glaszylinder k, der in eine im unteren Raum des Gehäuses befindliche Oelschicht i eintaucht und somit den inneren Raum von der äußeren Luft vollständig abschließt.

Das älteste Anemometer mit zur Windrichtung paralleler Drehachse stammt von Combes [5], dessen Konstruktion in den Fig. 9 und 10 abgebildet ist. Vier auf der Spindel C befestigte Arme B tragen die unter einem Winkel von etwa 30° gegen die Vertikale geneigten quadratischen Scheiben oder Flügel A. Die Spindel C dreht mittels einer Schraube ohne Ende D ein[192] Zahnrad, auf dessen Welle ein zweites kleineres Rad mit nur einem Zahn sitzt, der bei jeder Umdrehung der Welle das größere Zahnrad um einen Zahn weiterdreht. Erhält jedes der größeren Räder 100 Zähne, so entspricht 100 ∙ 100 = 10000 Umdrehungen des Flügelrades einer Umdrehung des untersten Rades. Durch eine mittels zweier Drähte F bewegliche Arretierungsvorrichtung EG kann das Flügelrad momentan zum Stillstand gebracht werden, indem ein kleiner Haken in die Arme B des Flügelrades eingreift Um die einer bestimmten Umdrehungszahl des Flügelrades in der Sekunde entsprechende Windgeschwindigkeit berechnen zu können, bestimmte Combes durch zahlreiche Versuche die verschiedenen bekannten Luftgeschwindigkeiten entsprechenden Tourenzahlen seines Instruments und erhielt dadurch die empirische Gleichung v = 0,2578 + 0,0916 n, worin ν die Luftgeschwindigkeit in m und n die Anzahl der Umdrehungen des Flügelrades, beides in der Sekunde, bedeuten. Seine Versuche waren für Geschwindigkeiten von 0,287–4,633 m in der Sekunde und für Tourenzahlen von 0,286–47,962 in der Sekunde durchgeführt. Alle neueren Flügelanemometer beruhen auf demselben Prinzip, so die Anemometer von Biram [6], bei dem zwölf windschiefe Flügel vorhanden sind, von Neumann [7], Casella [8], Recke [9] u.a. Das Casellasche Anemometer hat gegenüber den vorerwähnten Anemometern den Vorzug, die direkte Ablesung der Windgeschwindigkeit in Metern zu ermöglichen, das Ausrechnen derselben mit Hilfe der empirischen Gleichung also zu ersparen. Die Ausführung eines Casellaschen Anemometers von R. Fueß in Berlin zeigt Fig. 11. Das aus acht schraubenförmig gebogenen Aluminiumflügeln bestehende Flügelrad ist von einem am Gestell beseitigten Schutzring umgeben, während das Zählwerk, das bis zehn Millionen m zählt, in einer auf der Grundplatte mittels dreier Säulchen befestigten Dose angebracht ist. Das Zifferblatt enthält eine äußere Teilung, an der ein großer, zentrisch angeordneter Zeiger die Einer von 1–99 anzeigt, während fünf kleine, im Kreise um den Mittelpunkt angebrachte Zifferblätter die Hunderter-, Tausender-, Zehntausender-, Hunderttausender- und Millionenumdrehungen anzeigen. Mittels zweier an der Dose befindlichen Schnüre kann das Zählwerk in oder außer Eingriff mit dem Flügelrad gebracht werden. Zur Korrektion des Instrumentes für die Reibungswiderstände sind zu jeder Geschwindigkeit in der Minute 10 m hinzuzuzählen, um die wirkliche Windgeschwindigkeit zu erhalten. Standen die Zeiger z.B. vor der Messung auf der Zahl 56385, nach der eine Minute dauernden Messung auf 56687, so erhält man die wirkliche Windgeschwindigkeit in der Sekunde aus der Gleichung

Dauerte die Messung n Minuten, so ist die allgemeine Gleichung

in der Sekunde[193] anzuwenden, in der Z₁ und Z₂ die Ablesungen auf dem Zifferblatt vor und nach der Messung bezeichnen. Andre Anordnungen und Preise s. Katalog von R. Fueß in Berlin.

Von den auf der Taugenden oder drückenden Einwirkung der bewegten Luft auf Flüssigkeiten beruhenden Anemometern ist das bekannteste und verbreitetste das Bourdonsche Anemometer [10]. Um die saugende Wirkung eines doppeltkonischen, sogenannten Venturischen Rohres zu erhöhen, wendet Bourdon deren zwei bezw. drei an, die so ineinander gefügt sind, daß die Mündung jedes engeren Rohres in der Ebene des kleinsten Querschnittes des nächstgrößeren liegt, wie es in Fig. 12 für drei Rohre, A, B und C, veranschaulicht ist. Um die Größe der Taugenden Wirkung und dadurch die Geschwindigkeit des Luftstroms zu messen, ist zwischen den beiden Hohlkegeln A des engsten Rohres ein Spalt D angebracht, der von einem mit einem Wassermanometer F verbundenen Gehäuse umgeben ist. Die Niveaudifferenz h in beiden Schenkeln des Manometers dient zur Berechnung der Luftgeschwindigkeit. Da bei Anwendung von zwei bezw. drei Rohren die Wassersäule bei gleicher Windgeschwindigkeit bedeutend höher gehoben wird als bei einem Rohr, die Depression also vervielfacht wird, so wird dieses Anemometer auch Multiplikationsanemometer genannt. Dasselbe ermöglicht, namentlich wenn drei Rohre angewandt werden, ziemlich genaue Ablesungen.

Ein Anemometer von Lind [11], bei dem der Druck der bewegten Luft auf eine Flüssigkeitssäule zur Messung der Windgeschwindigkeit benutzt wird, zeigt Fig. 13. Ein U-förmig gebogenes Rohr AFG ist an der einen Seite mit einer erweiterten Mündung A versehen, die dem bewegten Luftstrom entgegengerichtet wird, während die andre Oeffnung geschlossen ist. Das Rohr ist mit einer Flüssigkeit (gefärbtes Wasser) gefüllt und die Niveaudifferenz des Wasserspiegels dient in beiden Schenkeln als Maß für die Geschwindigkeit der Luft. Die Instrumente sind mit Windfahnen versehen, wodurch das richtige Einstellen derselben in die Windrichtung bewirkt werden soll.

Eine sehr wichtige Rolle spielt bei den neuerdings für technische Zwecke wohl fast ausschließlich angewandten Flügelanemometern die richtige Einteilung der Zifferblätter oder das Justieren der Instrumente und die Bestimmung der Konstanten für die Formeln zur Berechnung der Luftgeschwindigkeit. Combes hat zuerst hierfür das sogenannte Göpeleichungsverfahren in Vorschlag gebracht, das auch heutzutage noch viel in Gebrauch ist. Am Ende einer ca. 1–2 m langen horizontalen, um eine vertikale Achse drehbaren Stange wird das Anemometer beteiligt und die Drehachse durch ein Uhrwerk oder eine Maschine in möglichst gleichmäßige Umdrehungen versetzt. Da man aus dem Umfange des vom Anemometermittelpunkt beschriebenen Kreises von 2–4 m Durchmesser und der minutlichen Umdrehungszahl die Umfangsgeschwindigkeit berechnen und die Tourenzahl des Anemometerflügelrades am Zählwerk ablesen kann, so läßt sich aus mehreren solchen, mit verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten angestellten Versuchen eine empirische Gleichung aufstellen, die zur Berechnung der Windgeschwindigkeit aus der Ablesung des Zählwerkes dient. Die von Combes auf diese Weise für sein Anemometer gefundene Gleichung ist oben mitgeteilt. Eine andre Methode der Konstantenbestimmung ist diejenige, aus einem möglichst großen Raum (Gasometer, Windkessel oder dergl.) Luft unter konstantem Druck durch ein Rohr ausströmen zu lassen, die Luftmenge durch eine Gasuhr oder dergl. am Ende dieses Rohres zu messen und aus dieser und dem Querschnitt des Rohres die Luftgeschwindigkeit zu berechnen. Versuche dieser Art wurden Ende der sechziger Jahre von Bornemann in Dresden [12] und später von Althans in Breslau [13] ausgeführt, und namentlich die letzteren haben sehr genaue, durch verschiedene andre Messungen kontrollierte Formeln ergeben. In neuester Zeit ist eine Anemometerprüfungsstation bei der Berggewerkschaftskasse in Bochum (Glückauf 1902, Nr. 47; 1903, Nr. 48, S. 1149) errichtet worden.

Literatur: [1] Scient. Americ., t. 52, p. 290. – [2] Ponson, Traité de l'exploit. d. min., t. 2, p. 57. – [3] Serlo, Bergbaukunde, 4. Aufl., Berlin 1884, Bd. 2, S. 340, und Oesterr. Zeitschr. f. Berg- u. Hüttenwesen 1870, S. 18. – [4] Grashof, Theoretische Maschinenlehre, Hamburg 1883, Bd. 2, S. 708. – [5] Combes, Traité de l'exploit. d. min., Paris 1844, t. 2, p. 565. – [6] Zeitschr. f. Berg-, Hütten- und Salinenwesen, Bd. 6B, S. 91, und Civiling., Bd. 22, S. 481. – [7] Glückauf 1869, Nr. 8. – [8] Oesterr. Zeitschr. f. Berg- und Hüttenwesen 1874, S. 14, und Zeitschr. f. Berg-, Hütten- und Salinenwesen, Bd. 23B, S. 114 und 116, Bd. 24, S. 166. – [9] D.R.P. Nr. 8460. – [10] Comptes rendus de l'Acad. franç., t. 94, 1882, p. 229, und Zeitschr. f. Instrumentenkunde, Bd. 2, S. 153. – [11] Zeitschr. f. Instrumentenkunde 1892, Bd. 12, S. 147. – [12] Protokolle der 70. und 85. Hauptversammlung des sächs. Ingen.- und Arch.-Vereins, 1870 und 1875. – [13] Anlagen z. Hauptbericht d. preuß. Schlagwetterkommission, Bd. 5, Berlin 1887.

v. Ihering.

Fig. 1.

Fig. 2., Fig. 3.

Fig. 4., Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9., Fig. 10.

Fig. 11.

Fig. 12.

Fig. 13.